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77 de 95 PublicacionesDidacticas.com | Nº 26 Junio 2012 Sucesiones Título: Sucesiones. Target: Profesores de Matemáticas. Asignatura: Matemáticas. Autor: Emiliana Oliván Calzada, Licenciada en Matemáticas, Profesora de Matemáticas en Educación Secundaria. SUCESIONES. TÉRMINO GENERAL Y FORMA RECURRENTE Vamos a estudiar un tipo de funciones cuyo dominio de definición es 0N . Son las llamadas sucesiones. Esto nos permite enumerar y ordenar un conjunto de infinitos números que no tienen que ser necesariamente distintos. Definiciones: Una función HNf 0: con H conjunto recibe el nombre de sucesión de elementos de H. Vamos a centrarnos en las sucesiones de números reales. Llamaremos sucesión de números reales a toda aplicación RNf 0: . Aunque hemos definido como sucesión la aplicación f, por extensión del lenguaje llamaremos también sucesión al conjunto de las imágenes de f que mantienen el orden de N inducido por f, Nn nf )( . Llamaremos término general de la sucesión a f(n) que lo denotaremos na . A partir de na podemos obtener cualquier término de la sucesión. Formas de definir una sucesión: a) Conociendo el término general: Conocida la expresión de na en función de n, podemos conocer Nkak sustituyendo en la expresión de na n por k. Ejemplo: 2 1 n an término general. 4 1 2 a , 64 1 8 a b) Por recurrencia: Consiste en obtener el valor de un término de la sucesión en función del anterior o anteriores. Así el término general na dependerá de los k anteriores y la sucesión quedará completamente definida si conocemos los k anteriores. Ejemplo: 3,,1,1 2121 naaaaa nnn Sucesión de Fibonacci. PROGRESIONES ARITMÉTICAS ORDINARIAS (DE ORDEN 1) Definición: Diremos que una sucesión de números reales Nnn a es una progresión aritmética ordinaria de orden 1 si cada término se obtiene sumándole al anterior una cantidad constante d, llamada diferencia, es decir Nkdaa kk ,1 brought to you by COREView metadata, citation and similar papers at core.ac.uk provided by PublicacionesDidácticas (E-Journal) https://core.ac.uk/display/235864553?utm_source=pdf&utm_medium=banner&utm_campaign=pdf-decoration-v1 78 de 95 PublicacionesDidacticas.com | Nº 26 Junio 2012 Proposición: Toda progresión aritmética ordinaria de diferencia d tiene como término general dnaan )1(1 Demostración: Por inducción. Sabemos que 2,1 ndaa nn . Así, daa 12 ; daddadaa 21123 ,…, dnadaa nn 2121 , y dnaddnadaa nn )1(2 111 Proposición: Toda progresión aritmética ordinaria tiene como término general Rbaconbnaan , Demostración: )()1( 111 dandddnaadnaa nn . Si tomamos dabyda 1 Rbaconbnaan , Nota: Si Nnaada n 10 (sucesión constante) Definición: Interpolar m medios aritméticos ó diferenciales entre dos números dados a y b es hallar los m términos intermedios de una progresión aritmética de extremos a y b. La progresión queda de la siguiente forma: 1 1,,...,,, 22211 m ab ddmabaabcccaa mmm Proposición: La suma de n términos consecutivos de una progresión aritmética es igual a la mitad de n veces la suma de sus extremos. 2 1 n n aan S Demostración: 121121 121 121 ...2 : ... .... aaaaaaaaS Sumando aaaaS aaaaS nnnnn nnn nnn Y como nnn aadadaaa 1112 , nnnn aaaadadaaa 1121223 , tenemos: nn aanS 12 2 1 n n aan S 79 de 95 PublicacionesDidacticas.com | Nº 26 Junio 2012 DIFERENCIAS FINITAS Y PROGRESIONES ARITMÉTICAS DE ORDEN SUPERIOR Diferencias Finitas Definiciones: Sea la sucesión de números ,...,...,, 21 nxxx . De esta sucesión podemos obtener otra llamada de las diferencias primeras o de primer orden ,...,...,, 21 nxxx donde iii xxx 1 . Análogamente, obtenemos la sucesión de las diferencias segundas o de segundo orden ,...,...,, 22 2 1 2 nxxx , donde iii xxx 1 2 y análogamente las diferencias de orden k, ,...,...,, 21 n kkk xxx , donde i k i k i k xxx 11 1 i k x lo leeremos diferencia de orden k de ix . Ejemplo: Obtener las sucesivas diferencias finitas de la sucesión 3, 11, 31, 69, 131, 223,… n n nn n n x x xx x x x x xx x x 1 2 2 1 2 2 3 2 1 2 2 1 1 ...... 223 92 30131 662 02469 638 01831 620 1211 8 3 432 iiiii xxxxx Obtención del término general de una sucesión Vamos a ver cómo obtener nx en función de las diferencias finitas 1 1 11 ,...,, xxx n . Por definición tenemos que 112 xxx y 1 2 12 xxx y utilizando estas igualdades tenemos: 1 2 111 2 111223 2 xxxxxxxxxx 1 3 1 2 11 3 1 2 1 2 12 2 23 2 xxxxxxxxxx Escribiremos esto con la siguiente notación: 2(13 1 xx y 2( 13 1 xx Y por inducción se prueba que 1(1 1 n n xx y 1( 1 1 n n xx 80 de 95 PublicacionesDidacticas.com | Nº 26 Junio 2012 En consecuencia, usando el binomio de Newton tenemos: 1 1 1 2 11 1 1 .... 2 1 1 1 0 1 x n n x n x n x n x nn Ejemplo: Obtener el término general de la sucesión 3, 11, 31, 69, 131,223 (la del ejemplo anterior) 0...00 4 1 6 3 1 12 2 1 8 1 1 3 0 1 nnnnn xn 16 6 321 12 2 )2)(1( 8)1(31 3 nn nnnnn nxn Progresiones Aritméticas de orden superior Definición: Llamamos progresión aritmética de orden k 0Nk a la sucesión de números que obtenemos al calcular los valores numéricos de un polinomio de grado k para los valores consecutivos de la variable Nn 0...)( 0 1 10 aconanananfa k kk n Ejemplo: 1)( 3 nnnf es una progresión aritmética de orden 3. Proposición: Dada una progresión aritmética de orden k>1, la sucesión de las diferencias primeras es una progresión aritmética de orden k-1. Demostración: 0,...11... 0 1 101 1 10 aconananaxananax k kk nk kk n .....101 k nnn nkaxxx Notar que de la misma forma la sucesión de las diferencias segundas es una progresión aritmética de orden (k-2) y análogamente las de orden k son constantes no nulas y las de órdenes superiores nulas. Proposición: Si las diferencias de orden k de los números ,...,...,, 21 nxxx son constantes no nulas, los ix son términos consecutivos de una progresión aritmética de orden k (se supone n>k) Demostración: 81 de 95 PublicacionesDidacticas.com | Nº 26 Junio 2012 11 2 11 1 1 1 2 11 1 .... 2 1 1 1 1 1 .... 2 1 1 1 0 1 x k n x n x n x x n n x n x n x n x k n n , que es un polinomio de grado k en la variable n. Teorema: La suma de los n primeros términos de una progresión aritmética de orden k es: 111 1 .. 21 x k n x n x n S kn Demostración: Si nxxx ,...,, 21 son términos de una progresión aritmética de orden k: 1 1 1 2 11 1 1 .... 2 1 1 1 0 1 x n n x n x n x n x nn 1 1 ... 1 1 1 1 ... 32 1 1 ... 2 1 1 1 ............................................................................................... 2 2 1 2 1 1 1 1 1 2 1 2 11 1 1 1 1 2 11 1 2 113 112 11 k n k n k k k k x n n x n n x n x n xnxS sumando x n n x n x n xx xxxx xxx xx nn n i in n n 1 1 1 2 11 1 .. 21 x n n x n n x n x n S nnn Y como 001 ixik porque la progresión es de orden k, obtenemos que: 111 1 .. 21 x k n x n x n S kn 82 de 95 PublicacionesDidacticas.com | Nº 26 Junio 2012 Ejemplo: Calcular la suma de los cubos de los n primeros números naturales: 3333 ...321 nSn Nos piden calcular nS con 3 1 1x , 3 2 2x , 3nxn 216 91 30125 661 02464 637 01827 619 128 7 1 432 iiiii xxxxx Se trata de una progresión aritmética de orden 3. Así: 1 3 1 2 11 4321 x n x n x n x n Sn 2 2 2 32 2232 22 1 2 12 4 11210 4 62933162481014 4 32323814144 4 4 321 2121 2 7 1 6 24 321 12 6 21 7 2 1 1 n n nn n nnnn n nnnnnnnn n nnnnnn n nnn nnnn nnnnnnnnn nSn 83 de 95 PublicacionesDidacticas.com | Nº 26 Junio 2012 PROGRESIONES GEOMÉTRICAS Definición: Diremos que una sucesión de números reales Nnn a es una progresión geométrica si cada término ka se puede obtener a partir del anterior 1ka multiplicándolo por una cantidad constante r llamada razón, es decir 1 kk ara )2( k Proposición: Toda progresión geométrica de razón r tiene como término general 11 nn raa . Demostración: Por inducción. raa 12 2 1123 rarraraa 2 11 n n raa 1 1 2 11 nn nn rarraraa Definición: Intercalar m medios geométricos entre dos números dados a y b es hallar m términos intermedios de una progresión geométrica de extremos a y b. La progresión quedaría de la forma: 1 1 22211 ,,...,,, m m mmm a b rrabaabcccaa Así, ,..., 221 racrac Proposición: El producto de los n primeros términos consecutivos de una progresión geométrica, denotado nP , es igual a n nn aaP 1 Demostración: Sean naaa ,...,, 21 los n primeros términos de una progresión geométrica. Entonces: nn n n n n n n nnnnnn nnn nnn aaaa r a raaa aa r a raaa aaaaaaaaaaP aaaaP aaaaP 112 1 223 1112 1121121 2 121 121 ..... ..... ..... Entonces: nnn n nn aaPaaP 11 2 84 de 95 PublicacionesDidacticas.com | Nº 26 Junio 2012 Proposición: La suma de los n primeros términos consecutivos de una progresión geométrica, que denotamos nS , es igual a 1 1 1 1 rcuando r r aS n n Demostración: Sean naaa ,...,, 21 los n primeros términos de una progresión geométrica. 1 1 1 11 1 :tanRe .... .... 1 1 111 11 1321 1321 rsi r r aS r rraa r ara SararSaraSrS dos arararararSr aaaaaS n n n n nnnnnn nnn nnn Nota: Si 1r la progresión es constante 1anSn Si 1r la progresión es oscilante imparnsiaS parnsiS n n 1 0 SERIES Definiciones: Una serie S es la suma de los infinitos términos de una sucesión Saaaa i in 1 21 ...... . Una serie es convergente si la suma de los infinitos términos es finita y es divergente si la suma de los infinitos términos es infinita. Para calcular la suma anterior se calcula n i in aS 1 y se hace el límite de dicha suma cuando n . n i i n i i aaS 11 lim Series Aritméticas Si na es una progresión aritmética, la serie 1 1 1 1 ni i dnaaS se dice serie aritmética. Proposición: Una serie aritmética no es convergente. Demostración. 85 de 95 PublicacionesDidacticas.com | Nº 26 Junio 2012 Sea na es una progresión aritmética, 2 2 lim 2 2 lim 2 1 lim 2 limlim 1 2 2 1111 ndadn dndnna n dnaa n aa SS n nn n n n n Nota: El límite será si 0d y si 0d Series Geométricas Si na es una progresión geométrica, la serie 1i iaS se dice serie geométrica: aaDenotamos ararararaS nn n 1 21 1 1 ...... Proposición: Una serie geométrica es convergente si 1r . Demostración: Sea na progresión geométrica. r r aS n n 1 1 . r r aSS n n n n 1 1 limlim , veamos distintos casos: Caso 1: r a r r arr n n n 11 1 lim01 Caso 2: 111 rórr . ana r rrr a r r ar n vecesn n n n n n lim1...1lim 1 ...11 lim 0 0 1 1 lim:1 1 1r parnsia imparnsiaa a r r a nn n ,00 ,1 2 11 lim 1 1 lim: Caso 3: r r ar n n 1 1 lim1 , no converge. Notas: 86 de 95 PublicacionesDidacticas.com | Nº 26 Junio 2012 a) En el estudio de la convergencia de una serie no influye la supresión de un número finito de términos de la serie. b) La condición necesaria (pero no suficiente) para que una serie 1n na sea convergente es que 0lim n n a APLICACIONES Cálculo de las fracciones generatrices de números decimales periódicos. a) Decimal periódico puro: Sea el número: 99 414 99 10 10 18 4 10 1 1 1 10 18 4 10 1 10 18 4... 10 1 ... 10 1 1 10 18 4 ... 10 18 ... 10 18 10 18 4...001801804....18184184 2 2 2 2 0 22222 242 n nn n b) Decimal periódico mixto: Sea el número: 90 377 90 8 10 1 1 9 10 10 8 10 1 1 10 1 1 1 10 8 10 1 1 10 1 10 8 10 1 4... 10 1 ... 10 1 1 10 8 10 1 4 ... 10 8 ... 10 8 10 8 10 1 4...0080080104814 22 0 22 32 n nn n Aplicaciones de matemática financiera. Definiciones: Llamamos capital financiero a la medida de cualquier activo real ó financiero expresado por su cuantía o por su vencimiento o momento de disponibilidad. Por tanto, representaremos cualquier capital por el par ordenado ),( tC , siendo C la cuantía del capital (en unidades monetarias) y t el momento de disponibilidad del capital (en años). Son varias las funciones matemáticas que podemos utilizar como leyes financieras. Veremos las leyes sumativas, cuando en el tiempo considerado no se acumulan los intereses para producir nuevos intereses (capitalización simple) ó leyes multiplicativas, cuando se acumulan los intereses (capitalización compuesta). Se llama interés al beneficio que se obtiene cuando se presta dinero, lo denotamos por I. Se llama rédito o tanto por ciento al interés recibido por 100 unidades monetarias, lo denotamos por R. Se llama capital a la cantidad prestada, se denota por C. Capitalización simple: 87 de 95 PublicacionesDidacticas.com | Nº 26 Junio 2012 Las magnitudes definidas anteriormente se relacionan entre sí por una proporcionalidad compuesta. 100 11001100 )( 0 00tRC I I R tCtIC R añostIC . Como 100 00 CRt CCICC ff 100 10 R CC f siendo fC el capital final. Capitalización compuesta: Sea C el capital inicial y tC el capital al cabo de t años. Así: 100 1 100 1 R C RC CC 100 100 1 100 1 100 1 2 1 1 112 R CdeahoraesI R C R C RC CICC Y por inducción tenemos: t t R CC 100 1 Sumas de potencias (naturales) de números naturales. Las progresiones aritméticas de orden superior sirven para calcular sumas de potencias (naturales) de números naturales. Ejemplo visto anteriormente: cálculo de la suma de los cubos de los n primeros números naturales. ASPECTOS DIDÁCTICOS Las progresiones y sucesiones se empiezan a estudiar en 3º ESO, siendo interesante que los alumnos conozcan la fórmula del cálculo del término general y de la suma de progresiones aritméticas y geométricas. Son interesantes para pasar de números periódicos a fracciones generatrices y para realizar problemas de interés simple y compuesto. ● Bibliografía Benedicto M., C. y Negro F., A.: Matemáticas 1º BUP Fernández de Troconoz, A. y Belda, E.: Análisis algebraico. Goldberg, S.: Ecuaciones diferenciales finitas. Grupo cero: Matemáticas 1º BUP 88 de 95 PublicacionesDidacticas.com | Nº 26 Junio 2012 Hernández Aina, F. y otros: Matemáticas 1º BUP Jolley, L: Summation of series. Markushevich, A.I: Sucesiones recurrentes. Rey Pastor, J.: Elementos de análisis algebraico. Scheid, F: Análisis numérico. Varios autores: El material para la enseñanza de las matemáticas. Editorial Aguilar. Los neumáticos del automóvil III Título: Los neumáticos del automóvil III. Target: Ciclo Formativo de Grado Medio de Electromecánica. Asignatura: Circuitos de fluidos. Suspensión y dirección.. Autor: Juan Pedro Gassó Bas, Técnico especialista en Mecánica y Electricidad del Automóvil, Profesor de Ciclos Formativos de Mantenimiento de vehículos. Como ya se indicó en los artículos anteriores “Los neumáticos del automóvil I y II”, todas las nomenclaturas vistas hasta ahora serán necesarias identificarlas correctamente, aunque existen algunas nomenclaturas más. Algunas de las nomenclaturas que se van a ver en este artículo puede que no se encuentren en algunos neumáticos, ya que son nomenclaturas que determinan características concretas de algunos neumáticos: PRESIÓN DE INFLADO Los neumáticos están fabricados para soportar una presión interna mucho más elevada que la que determina el fabricante de vehículos, teniendo en cuenta que un fabricante puede indicar en el vehículo la presión máxima de aire que puede soportar un vehículo. Como norma general, un neumático de un turismo convencional, puede llegar a tener aproximadamente 2 bares de presión en neumáticos delanteros y 2,5 bares de presión en neumáticos traseros, aunque dependerá si el vehículo va cargado o no. Aun así, los fabricantes de neumáticos indican mediante nomenclatura en el flanco, la presión máxima que puede soportar el neumático (foto I), pudiendo alcanzar valores muy por encima de los que marca el fabricante del vehículo, alcanzando incluso los 50 bares de presión.
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